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考虑风挡的CRH380A高速列车隧道内会车时的空气动力效应研究
| 论文题名： | 考虑风挡的CRH380A高速列车隧道内会车时的空气动力效应研究 |
| 关键词： | 高速列车;隧道会车;气动特性;CRH380A列车;数值模拟 |
| 摘要： | 随着我国高速列车运行速度的不断提高，列车空气动力问题愈加突出。由于空气的可压缩性，当列车以很高速度通过隧道时，在有限的隧道空间内，空气受到挤压，会在隧道内外诱发压力波、洞口微压波和进出口波、横向振动等空气动力学现象。隧道压力波通过车体传入车内可引起司乘人员耳鸣、耳膜疼痛等耳感不适问题，剧烈的压力波动也可能影响行车安全。尤其是高速列车在隧道内交会时，产生的瞬间压力变化更加剧烈，瞬变压力、气动力等空气动力学问题更为严重和复杂。因此，对高速列车在隧道内会车过程的气动特性研究就显得极为必要。 高速列车隧道内会车时，引起的空气流动是高雷诺数的三维可压缩非定常湍流流动，其影响范围涵盖了隧道出入口周围的较大区域，因此，列车隧道内会车的数值模拟研究在计算区域、数值方法、计算资源等方面都构成了挑战。本文基于三维非定常可压缩粘性流体流动的N-S方程和SSTk-ω高雷诺数湍流模型，采用有限体积法对高速列车隧道内会车时的压力和气动力进行模拟研究。研究中为避免数值计算对物理现象产生的影响，采用了列车逐渐加速的光滑启动技术;应用PISO算法求解雷诺时均方程，用MARS差分格式离散各方程对流项，用AMG方法求解离散后的代数方程组，并建立了合理的初始条件和边界条件。 由于缺乏试验数据，本文以隧道压力波为比较的基本依据，与一维流动模型数值计算结果进行了对比研究，以验证数值方法的正确性。在此基础上，详细分析了CRH380A高速列车隧道内会车的流场变化特征，从湍流流动的三维非定常本质阐释了车体表面压力变化特征以及隧道压力波和横向振动产生的机理。最后，本文采用三种壁面处理方法——标准壁面处理方法、非平衡壁面处理方法、低雷诺数混合壁面处理方法，进行了高速列车隧道内三分之一处等速会车在不同壁面处理方法下的对比分析。结果表明，不同壁面处理方法的计算得到的高速列车在隧道内三分之一处等速会车时列车表面压力分布及变化规律一致，气动力及力矩的变化规律一致，幅值大小近似相等。本文的研究方法和结论可为后续进一步的参数研究提供有益的参考。 |
| 作者： | 夏满强 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 梅元贵 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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